СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦИНКА В ВОДЕ Российский патент 1999 года по МПК G01N31/16 G01N33/18 

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к способу определения цинка в оборотной воде систем водооборота, обработанной цинк-бихромат-фосфатным ингибитором солевых отложений биообрастаний и коррозии, с содержанием цинка в пределах от 0,1 до 8,0 мг/дм³.

Известен способ определения цинка в воде при его концентрациях, превышающих 0,1 мг/дм³ атомно-абсорбционной спектрометрией (Ю.Ю. Лурье, Аналитическая химия промышленных сточных вод.- М.: Химия, 1984, с. 22).

Недостатком способа являются необходимость дорогостоящей специальной аппаратуры.

Известен способ определения цинка в воде при концентрациях до 3 мг/дм³, по которому цинк осаждают раствором 8-гидроксихинолина, осадок оксихинолята цинка отфильтровывают, растворяют в соляной кислоте, выделившийся 8-оксихинолин обрабатывают смесью бромата и бромида калия, избыток брома определяют, добавляя йодид калия и тируя выделившийся йод раствором тиосульфата натрия ((Ю.Ю. Лурье. Аналитическая химия промышленных сточных вод. - М.: Химия, 1984, с. 160).

Недостатком способа является длительность анализа, а также мешающее влияние меди, для устранения которого требуется проведение дополнительных операций.

Известен способ определения цинка в воде по реакции родамина C с ионами цинка с образованием окрашенного комплексного соединения, которое экстрагируют диэтиловым эфиром и фотометрируют или измеряют светопоглощение образующегося коллоидного водного раствора. Мешающие определению железо и медь предварительно осаждают: железо при pH 4, медь - тиосульфатом и отфильтровывают (Ю.Ю. Лурье. Аналитическая химия промышленных сточных вод. - М.: Химия, 1984, с. 164).

Недостатком способа является высокая погрешность определения, связанная с необходимостью отделения мешающих ионов путем осаждения и фильтрования, а также мешающее влияние кобальта.

Известен фотометрический способ определения цинка в воде по реакции с дитизоном, по которому пробу обрабатывают раствором тиосульфата натрия, затем раствором дитизона в четыреххлористом углероде, образовавшийся дитизонат цинка в четыреххлористом углероде отделяют от водного слоя, отмывают от избытка дитизона и фотометрируют. (Ю.Ю. Лурье, Унифицированные методы анализа вод. - М.: Химия, 1971, с. 281).

Способ характеризуется высокой чувствительностью, что требует применения реактивов и посуды высокой степени чистоты, достигаемой предварительной трудоемкой их очисткой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения цинка в воде, заключающийся в последовательной обработке пробы тиосульфатом, раствором дитизона в четыреххлористом углероде при pH (4,5-4,8), отделении слоя дитизоната цинка от водного слоя и переведения ионов цинка в водный раствор соляной кислоты, выпаривании последней, растворении остатка в воде и полярографировании раствора в области от 0,8 до 1,5 в, по отношению к потенциалу донной ртути (Ю.Ю. Лурье. Унифицированные методы анализа вод. - М.: Химия, 1971, с. 284-285).

Недостатком способа является необходимость специальной аппаратуры, длительность и трудоемкость.

Сущностью изобретения является обработка исследуемой пробы воды, содержащей (0,01-0,40) мг ионов цинка, тиосульфатом, затем раствором дитизона в четыреххлористом углероде при pH (4,5-4,8), отделение органического слоя, содержащего дитизонат цинка, последующее переведение ионов цинка в водный раствор соляной кислоты с концентрацией (0,20-0,25) моль/дм³, взятым в объемном соотношении (1,0-0,8):1,0 (уменьшение концентрации или объема соляной кислоты приводит к необходимости увеличения кратности и продолжительности обработки, увеличение - к неоправданному расходу реактивов), отделение и нейтрализация водного слоя раствором аммиака до pH (3-4) и последующее титрование ионов цинка трилоном Б в смеси алифатического спирта C_1-4 (ацетона) и воды, соответствующей соотношению (1-0,8):1, в присутствии аммиачного буферного раствора с pH (4,0±0,2) и спиртового раствора дитизона.

Использование раствора соляной кислоты с концентрацией (0,20-0,25) моль/дм³ в количестве, соответствующем объемному соотношению (раствор дитизоната цинка: раствор кислоты)=[1:(1,0-0,8)] для разрушения дитизоната цинка и переведения ионов цинка в водный раствор обеспечивает возможность последующей подготовки пробы к трилонометрическому определению цинка простым и доступным способом. Использование аммиачно-буферного раствора с pH (4,0±4,2), алифатического спирта (ацетона), взятого в объемном соотношении (1-0,8):1, обеспечивают четкий переход окраски индикатора дитизон в точке эквивалентности при титровании раствором трилона Б с концентрацией 0,0025 моль/дм³. Уменьшение объема спирта (ацетона), а также выход за указанные пределы pH буферного раствора приводит к снижению четкости перехода окраски индикатора в точке эквивалентности при титровании.

Обработка раствора дитизоната цинка раствором соляной кислоты с концентрацией (0,20-0,25) моль/дм³ для разрушения комплексного соединения и переведения цинка в водный раствор, последующее трилонометрическое титрование ионов цинка в среде смеси алифатического спирта C_1-4 (ацетона) и воды в присутствии аммиачно-буферного раствора с pH (4,0 ± 0,2) и дитизона в качестве индикатора, являются отличительными признаками и не обнаружены в аналогичных технических решениях, обеспечивают точное определение цинка в водах, загрязненных продуктами нефтехимических производств, доступными средствами и реактивами при содержаниях цинка выше 0,1 мг/дм³.

Наличие отличительных признаков и достигаемого эффекта подтверждают соответствие заявляемого технического решения критериям изобретения: новизна изобретения и изобретательский уровень.

Простота анализа, доступность применяемых реактивов и оборудования, высокая селективность, обеспечение получения надежных результатов анализа, а также необходимость способа для аналитического контроля оборотных вод систем водооборота, обработанной цинк-бихромат-фосфатным ингибитором солевых отложений биообрастаний и коррозии подтверждают соответствие его критерию "промышленная применимость".

Изобретение осуществляется следующим образом.

В делительную воронку вместимостью 250 см³ вносят от 50 до 150 см³ анализируемой пробы с содержанием цинка (8,0-0,1) мг/дм³ цинка (для определения растворенного цинка пробу предварительно фильтруют от взвешенных частиц), приливают 10 см³ буферного раствора с pH (4,5-4,8), 1 см³ раствора серноватисто-кислого натрия, перемешивают, приливают цилиндром 30 см³ раствора дитизона в четыреххлористом углероде и интенсивно встряхивают содержимое в течение 3 мин. После расслоения нижний дитизоновый слой сливают в другую чистую делительную воронку.

К содержимому первой воронки приливают еще 3 см³ раствора дитизона, встряхивают в течение 1 мин и после расслоения сливают нижний слой в делительную воронку с первым дитизоновым экстрактом.

К дитизоновому экстракту приливают 30 см³ дистиллированной воды, 2 см³ раствора соляной кислоты (1:1) и интенсивно встряхивают в течение 2 мин. После расслоения нижний дитизоновый слой сливают в слив органики, водный слой - в чистую коническую колбу. Воронку ополаскивают 10 см³ дистиллированной воды, промывную воду сливают в ту же колбу с водным экстрактом.

В колбу с экстрактом вносят кусочек индикаторной бумаги "конго" и нейтрализуют раствором аммиака (1:1) до изменения окраски индикаторной бумаги из синей в розовую.

К нейтрализованному раствору приливают 10 см³ буферного раствора с pH (4,0 ± 0,2), 30 см³ алифатического спирта (ацетона), 0,5 см³ спиртового раствора дитизона и титруют раствором трилона Б с концентрацией c(H₂Y^2-) = 0,0025 моль/дм³ (0,005 N) до перехода розовой окраски раствора через серую в сине-голубую. Отмечают объем раствора трилона Б, затраченный на титрование.

В аналогичных условиях для каждой партии реактивов или при смене одного из реактивов проводят холостой опыт следующим образом: в делительную воронку вносят 10 см³ буферного раствора с pH (4,5-4,8), приливают 30 см³ раствора дитизона и продолжают анализ как при выполнении анализа.

Содержание растворенного или общего цинка в воде рассчитывают по формуле:

где X - содержание цинка в воде, мг/дм³;
V_x, V_p - объемы раствора трилона Б с концентрацией c(H₂Y^2-) = 0,0025 моль/дм³ (0,005 N), израсходованные на титрование в холостом и рабочем опытах соответственно, см³;
V - объем пробы, взятый на анализ, см³;
T - поправочный коэффициент к концентрации раствора трилона Б;
0,005 - молярная концентрация эквивалента раствора трилона Б, моль/дм³ (нормальность);
32,69 - количество цинка, соответствующее 1 см³ раствора трилона Б с молярной концентрацией эквивалента 1 моль/дм³, г.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Анализируют производственную пробу оборотной воды в условиях изобретения.

В делительную воронку вместимостью 250 см³ вносят 100 см³ анализируемой пробы, приливают 10 см³ буферного раствора с pH (4,5-4,8), 1 см³ раствора серноватистокислого натрия, перемешивают, приливают цилиндром 30 см³ раствора дитизона в четыреххлористом углероде и интенсивно встряхивают содержимое в течение 3 мин. После расслоения нижний дитизоновый слой сливают в другую чистую делительную воронку.

К содержимому первой воронки приливают еще 3 см³ раствора дитизона, встряхивают в течение 1 мин и после расслоения сливают нижний слой в делительную воронку с первым дитизоновым экстрактом.

К дитизоновому экстракту приливают 30 см³ дистиллированной воды, 2 см³ раствора соляной кислоты (1:1) и интенсивно встряхивают в течение 2 мин. После расслоения нижний дитизоновый слой сливают в слив органики, водный слой - в чистую коническую колбу. Воронку ополаскивают 10 см³ дистиллированной воды, промывную воду сливают в ту же колбу с водным экстрактом.

В колбу с экстрактом вносят кусочек индикаторной бумаги "конго" и нейтрализуют раствором аммиака (1:1) до изменения окраски индикаторной бумаги из синей в розовую.

К нейтрализованному раствору приливают 10 см³ буферного раствора с pH (4,0 ± 0,2), 30 см³ спирта (ацетона), 0,5 см³ спиртового раствора дитизона и титруют раствором трилона Б с концентрацией c(H₂Y^2-) = 0,0025 моль/дм³ (0,005 N) до перехода розовой окраски раствора через серую в сине-голубую. Отмечают объем раствора трилона Б, затраченный на титрование. V_p = 1,05 см³.

В аналогичных условиях проводят холостой опыт следующим образом: в делительную воронку вносят 10 см³ буферного раствора с pH (4,5-4,8), приливают 30 см³ раствора дитизона, и продолжают анализ как при выполнении анализа. Отмечают объем раствора трилона Б, затраченный на титрование. V_x = 0,08 см³.

Содержание цинка в воде (X) в мг/дм³ рассчитывают по формуле:

где V - объем пробы, взятый на анализ, см³ (V=100 см³);
T - поправочный коэффициент к концентрации раствора трилона Б (T = 1,001);
163,5 - коэффициент пересчета, вывод коэффициента описан на стр. 4;
V_x, V_p - объемы раствора трилона Б с концентрацией c(H₂Y^2-) = 0,0025 моль/дм³ (0,005 N), израсходованные на титрование в холостом и рабочем опытах, соответственно, см³.

Пример 2. Анализируют искусственную смесь, содержащую 2,0 мг/дм³ цинка, в условиях изобретения.

Отмеривают цилиндром 100 см³ смеси и анализируют в соответствии с примером 1. Результат анализа: 1,95 мг/дм³.

Пример 3. Анализируют искусственную смесь, содержащую 0,3 мг/дм³ цинка, в условиях изобретения.

Отмеривают цилиндром 150 см³ смеси и анализируют в соответствии с примером 1. Результат анализа: 0,13 мг/дм³.

Пример 4. Анализируют искусственную смесь, содержащую 0,5 мг/дм³ цинка, в условиях изобретения.

Отмеривают цилиндром 100 см³ смеси и анализируют в соответствии с примером 1, за исключением того, что вместо 30 см³ этилового спирта используют 30 см³ ацетона. Результат анализа: 0,47 мг/дм³.

Способ применим для определения цинка в оборотной воде систем водооборота. После обработки исследуемой пробы воды, содержащей (0,01-0,40) мг ионов цинка, тиосульфатом, затем раствором дитизона в четыреххлористом углероде при рН (4,5 -4,8) осуществляют отделение органического слоя, содержащего дитизонат цинка, последующее переведение ионов цинка в водный раствор соляной кислоты с концентрацией (0,20 - 0,25) моль/дм³, взятый в объемном соотношении (1,0 - 0,8): 1,0, отделение и нейтрализацию водного слоя раствором аммиака до рН (3-4) и последующее титрирование ионов цинка трилоном Б в спиртов(ацетоно)водной среде (1-0,8 ):1 в присутствии аммиачного буферного раствора с рН (4,0 ±0,2) и спиртового раствора дитизона. Достигается упрощение и ускорение анализа.

Способ определения цинка в воде, включающий последовательную обработку исследуемой пробы тиосульфатом, раствором дитизона в четыреххлористом углероде при pH (4,5 - 4,8), отделение органического слоя, содержащего дитизонат цинка, последующее переведение ионов цинка в водный раствор соляной кислоты и определение цинка в водном слое, отличающийся тем, что для обработки органического слоя, содержащего дитизонат цинка, используют раствор соляной кислоты с концентрацией (0,20 - 0,25) моль/дм³, взятый в объемном соотношении (1,0 - 0,8) : 1,0, водный слой отделяют и нейтрализуют раствором аммиака до pH = (3 - 4), приливают аммиачно-буферный раствор с pH = (4,0 ± 0,2) и алифатический спирт C_1-4 или ацетон до получения смеси алифатического спирта C_1-4 (ацетона) и воды, соответствующей объемному соотношению (1,0 - 0,8) : 1,0, и титруют ионы цинка трилоном Б в присутствии спиртового раствора дитизона в качестве индикатора.